用于煤矿井下监控的信号传输系统设计与实现

摘要

随着科技的发展，煤矿机械化、自动化、一体化程度不断的提高，为了增大劳动生产率，预防灾害事故的发生，把生产活动的死亡率降至最低，达到科学管理的目的，建设一个可靠、灵活、畅通的煤矿井下监控系统就成为现代化煤矿建设的必备建设。为了将井下各种参数传输到井上监控控制室，寻求适合于井下到井上信号的通信技术是保证监控系统正常运行的关键技术之一。
　　该论文把矿井工作环境与光纤通信技术两者之间相联合，提出了设计方案。在采用复用技术的基础上，系统的给出了整体设计方法，同时考虑到煤矿巷道自身特殊的环境特点要求、光纤自身传输特、传输距、信息量大小等要素确立了光系统规模、工作窗口、信号传输速率等总体参数;同时，本文全面的考虑到系统的、建设成本、性能要等要素，最终确定了组成系统的光纤型号、光端机指标参数等要素，确定了基于复用技术的信号传输系统的总体构建。在研究本文设计的信号传输系统中的信号传输模式时，通过比较不归零码与归零码，并且根据当代矿井通信的实际状况，再考虑到对链路进行管理的难度，最终系统设计中的信源编码形式选择使用NRZ。
　　另外，依据信号非线形特性对光谱效率的提高，以及对光传输的制约，把多级相位调制技术引入了系统中，探讨了和8DPSK两种具体形式的调制技术，因为，8DPSK与OQPSK相比较，信号传输携带信息的能力高的是8DPSK，并且，OQPSK在进行码元转换时，频带仍然较宽，高频滚降慢，相位变化不连续，技术实现艰难，最终选择了基于8DPSK技术的信号传输调制方案。同时，在信号传输过程中会发生非线性效应，本文给出了克服在信号传输时发生误差的相应处理方法。
　　此论文还采用了matlab软件，仿真了个别相关组成部分与系统设计的整体性能，并且其结果显示出了本文设计方案与系统设计目标的要求相一致;最后，还模拟实验了各个分系统的信号传输系统，说明了本文设计的方案可以满足提出的系统目标，证明了设计出的系统的可行性，同时，还提出了现有方案的一些欠缺，并对其优化做了改进的方向保障了系统运行的可靠性与稳定性。
　　因此，根据本文的设计提出的矿井光纤传输系统对未来的矿井安全生产有重要的先进指导意义。本文的结论对矿井通信系统的建设具有指导意义和实用价值。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题研究的主要内容及文章结构

第二章 基于光纤通信技术的监控信号传输系统总体设计

2．1 井下监控系统组成与主要功能

2．1．1 总体系统构成和要实现的作用

2．1．2 井下人员定位系统与功能

2．1．3 视频监控系统与功能

2．1．4 环境监测系统与功能

2．2 井下监控信号传输系统总体设计

2．2．1 矿井光纤通信应用策略

2．2．2 井下监控信号传输系统组成与工作过程

2．3 系统功能与主要技术指标

2．3．1 系统功能

2．3．2 系统主要技术要求

2．4 小结

第三章 井下监控信号传输系统硬件设计

3．1 光端机设计

3．1．1 光发射机设计

3．1．2 光接收机设计

3．2 光放大器构建

3．2．1 掺铒光纤放大器EDFA

3．2．2 拉曼光纤放大器SRA

3．2．3 对光放大器的一些要求

3．3 视频切换器设计

3．3．1 MAX440简介

3．3．2 视频切换器

3．4 小结

第四章 井下监控系统信号传输方法设计

4．1 相干光通信信号检测原理

4．2 信号的调制

4．3 信号的编码解码

4．3．1 信源编码

4．3．2 信道编码

4．4 光通信系统中的复用技术

4．4．1 光传输系统中的时分复用方法

4．4．2 光传输系统中波分复用的分类

4．5 小结

第五章 矿井监控系统的信号传输实验与优化

5．1 瓦斯与环境监测系统

5．1．1 瓦斯监测系统实验模拟

5．1．2 温湿度监测系统实验模拟

5．1．3 风速监测系统实验模拟

5．2 人员跟踪定位系统

5．3 视频监控系统

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 下一步将要进行的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文题目

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